Τα λειτουργικά σήματα μαγνητικής τομογραφίας μπορούν να παραποιήσουν την πραγματική εγκεφαλική δραστηριότητα

Τα λειτουργικά σήματα μαγνητικής τομογραφίας μπορούν να παραποιήσουν την πραγματική εγκεφαλική δραστηριότητα

Ερευνητές στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) και στο Πανεπιστήμιο Friedrich-Alexander Erlangen-Nuremberg (FAU) διαπίστωσαν ότι ένα αυξημένο σήμα fMRI σχετίζεται με μειωμένη εγκεφαλική δραστηριότητα σε περίπου 40 τοις εκατό των περιπτώσεων. Ταυτόχρονα, παρατήρησαν μειωμένα σήματα fMRI σε περιοχές με αυξημένη δραστηριότητα.

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη μακροχρόνια υπόθεση ότι η αυξημένη εγκεφαλική δραστηριότητα συνοδεύεται πάντα από αυξημένη ροή αίματος για την κάλυψη υψηλότερων απαιτήσεων σε οξυγόνο. Δεδομένου ότι δεκάδες χιλιάδες μελέτες fMRI παγκοσμίως βασίζονται σε αυτήν την υπόθεση, τα αποτελέσματά μας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αντίθετες ερμηνείες σε πολλές από αυτές».

Δρ Samira Epp, πρώτη συγγραφέας

Τα στοιχεία δοκιμής αποκαλύπτουν αποκλίσεις από την τυπική ερμηνεία

Ο Δρ. Valentin Riedl, τώρα καθηγητής στο FAU, και ο συνάδελφός του Epp εξέτασαν περισσότερους από 40 υγιείς συμμετέχοντες κατά τη διάρκεια του χρόνου τους στο TUM. Ο καθένας έλαβε διάφορες πειραματικές εργασίες -όπως νοητική αριθμητική ή ανάκτηση αυτοβιογραφικών αναμνήσεων- που είναι γνωστό ότι προκαλούν προβλέψιμες αλλαγές σήματος fMRI σε κατανεμημένες περιοχές του εγκεφάλου. Κατά τη διάρκεια αυτών των πειραμάτων, οι ερευνητές μέτρησαν ταυτόχρονα την πραγματική κατανάλωση οξυγόνου χρησιμοποιώντας μια νέα ποσοτική τεχνική MRI.

Τα φυσιολογικά αποτελέσματα διέφεραν ανάλογα με την εργασία και την περιοχή του εγκεφάλου. Η αυξημένη κατανάλωση οξυγόνου – για παράδειγμα στις περιοχές υπολογισμού – δεν συνοδεύτηκε από την αναμενόμενη αύξηση της ροής του αίματος. Αντίθετα, οι ποσοτικές αναλύσεις έδειξαν ότι αυτές οι περιοχές κάλυπταν τις πρόσθετες ενεργειακές τους ανάγκες αποσπώντας περισσότερο οξυγόνο από την αμετάβλητη παροχή αίματος. Αυτό τους επέτρεψε να χρησιμοποιούν το οξυγόνο που υπάρχει στο αίμα πιο αποτελεσματικά χωρίς την ανάγκη αυξημένης ροής αίματος.

Επιπτώσεις για την ερμηνεία των διαταραχών του εγκεφάλου

Σύμφωνα με τον Riedl, αυτά τα ευρήματα επηρεάζουν επίσης την ερμηνεία των ερευνητικών αποτελεσμάτων για τις παθήσεις του εγκεφάλου: "Πολλές μελέτες fMRI για ψυχιατρικές ή νευρολογικές ασθένειες - από την κατάθλιψη έως το Αλτσχάιμερ - ερμηνεύουν τις αλλαγές στη ροή του αίματος ως αξιόπιστο σήμα νευρωνικής υπο- ή υπερ-ενεργοποίησης. Δεδομένης της περιορισμένης σημασίας τέτοιων μετρήσεων, αυτό πρέπει τώρα να επανεκτιμηθεί σε ομάδες ασθενών ή ιδιαίτερες αλλαγές λόγω αγγείων. - οι μετρούμενες τιμές μπορούν να αντικατοπτρίζουν πρωτίστως αγγειακές διαφορές και όχι νευρωνικά ελλείμματα." Προηγούμενες μελέτες σε ζώα δείχνουν ήδη προς αυτή την κατεύθυνση.

Ως εκ τούτου, οι ερευνητές προτείνουν τη συμπλήρωση της παραδοσιακής προσέγγισης MRI με ποσοτικές μετρήσεις. Μακροπρόθεσμα, αυτός ο συνδυασμός θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για μοντέλα εγκεφάλου που βασίζονται στην ενέργεια: Αντί να δείχνουν χάρτες ενεργοποίησης που βασίζονται σε υποθέσεις σχετικά με τη ροή του αίματος, μελλοντικές αναλύσεις θα μπορούσαν να δείξουν τιμές που υποδεικνύουν πόσο οξυγόνο - και επομένως ενέργεια - χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα για την επεξεργασία πληροφοριών. Αυτό ανοίγει νέες προοπτικές για την εξέταση – και την ακριβέστερη κατανόηση – της γήρανσης, των ψυχιατρικών ή νευροεκφυλιστικών ασθενειών σε σχέση με τις απόλυτες αλλαγές στον ενεργειακό μεταβολισμό.

Πηγές: